汽车电子软件平台技术报告 PPT课件

1 电子科技大学嵌入式软件工程中心2008 6 面向汽车电子的软件平台技术报告 2 内容提要 面向汽车电子的基础软件开发平台简介嵌入式操作系统DeltaOSEK软件集成开发环境面向汽车电子平台的BSP系统可信的开发过程和产品汽车电子技术综合研究情况后续规划演示内容清单 3 面向汽车电子软件平台简介 嵌入式软件一体化开发平台 在开发迭代过程中 充分利用各种有效工具 使得整个过程自动化 软件设计 Simulink RTW 代码自动生成 T VECTOR TESTBED 软件测试 开发管理 代码版本管理 每日构建环境 集成开发环境 代码编辑交叉编译 链接 调试 LambdaTOOL 嵌入式软件开发迭代过程 4 面向汽车电子软件平台简介 面向汽车电子基础软件平台的组成 嵌入式操作系统DeltaOSEK软件集成开发环境LambdaTOOL面向汽车电子硬件平台的BSP系统 5 面向汽车电子软件平台简介 DeltaOSEK为汽车电子的控制类应用提供的 符合OSEK VDX标准的嵌入式操作系统 提供标准的OS及COM功能部件的应用编程接口 API 深度的源码级裁剪 资源消耗小高性能 实时性好 6 面向汽车电子软件平台简介 DeltaOSEK符合OSEK标准 并且通过OSEK符合性测试 满足认证绑定标志4 0 其中一致性级别 OS支持BCC1 BCC2 ECC1 ECC2 COM支持CCCA CCCB 具体符合的标准版本为 OSEK VDXOperatingSystemSpecificationv2 2 2OSEK VDXCommunicationSpecificationv2 2 2OSEK VDXImplementationLanguagev2 5MISRACRules 2004版 7 关于OSEK VDX OSEK OpenSystemsandtheCorrespondingInterfacesForAutomotiveElectronicsOSEK是为了满足日益庞大复杂的汽车电子控制软件的开发需要 实现应用软件的可移植性和不同厂商控制模块间的可兼容性 德国汽车工业界1993年联合推出的汽车电子的开放式系统及接口软件规范 旨在为汽车上的分布控制单元提供一个开放结构的工业标准 8 关于OSEK VDX OSEK规范在实时操作系统内核 Real TimeOperatingSystem RTOS 网络通信 COM 网络管理 NM 以及系统配置语言接口 OIL 等方面对汽车电子控制软件开发平台作了较为全面的定义与规定 VDX VehicleDistributedeXecutive 法国汽车工业界提出的与OSEK相似的规范 1994年和OSEK规范合并 从而形成OSEK VDX规范体系 目前OSEK规范已经成为ISO国际标准 国际上也有一部分公司推出了符合OSEK规范的操作系统并得到了OSEK委员会的认证 9 一致性级别 ConformanceClasses OSEK的OS和COM分成多个实现级别 便于具体实现的分类和明确发展的方向 OS的一致性级别 BCC1BCC2ECC1ECC2 10 一致性级别 COM的一致性级别 CCCA 定义了通信的最小特性集 只支持内部通信支持非队列消息支持通知级别1支持SendMessage和ReceiveMessage CCCB CCCA的所有特性都支持 并扩展了 完全的通知级别1消息状态信息队列式消息提供了GetMessageStatus GetMessageResource和ReleaseMessageResource服务 11 面向汽车电子基础软件平台简介 软件集成开发工具 引入Eclipse技术打造的开放的 符合业界标准的嵌入式软件集成开发环境 软件集成开发环境 Eclipse框架 项目系统 构建系统 编辑环境 调试环境 目标机管理工具 系统监控器 控制台环境 配置环境 板级支持包管理 团队开发 仿真环境 固化 在线帮助系统 快速原型建立应用系统 测试环境系统 12 面向汽车电子软件平台简介 集成开发环境可以显著提高开发人员和项目团队的工作效率 主要表现在 对开发人员在嵌入式软件开发过程中的每一个阶段 如 BSP开发 应用软件开发和代码调试等 都提供完备的功能和方法予以支持 为项目团队提供了易用的开发环境 可以与基于Eclipse插件标准开发的第三方工具无缝集成 13 面向汽车电子软件平台简介 基础开发环境与软件工程化开发相关工具的结合与Mathworks公司MATLAB系列产品Simulink Statflow等结合 用于模拟仿真 建立模型 自动生成的代码与已有的基础开发环境相结合与TESTBED结合 提供自动化测试环境面向汽车电子平台的BSP系统 目前支持的硬件平台 MPC555MPC5554 14 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要实现全局中断 操作系统中断等的打开和关闭功能 15 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要实现计数器的计数 信息查询等功能 并为Alarm提供定时计数功能 16 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要实现扩展任务 基本任务等的激活 结束 重调度 以及一些任务信息的获取功能 17 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要实现定时功能 在预定时间到达时触发相关的操作 如 设置事件 激活任务 进行回调等操作 18 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要负责实现事件的发送 等待 查询 清除等功能 19 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 资源是一种用于同步或者互斥的手段 资源管理主要实现资源的获取 释放等功能 20 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 为用户提供功能的扩展能力 通过hook功能为用户程序提供机会来介入系统的处理 21 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 为调试提供的辅助手段 22 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要实现操作系统的启动和关闭功能 23 嵌入式操作系统DeltaOSEK COM管理 HOOK管理 任务管理 执行管理 事件管理 资源管理 Counter管理 调试管理 Alarm管理 中断管理 体系结构 主要实现操作系统内部的消息通信 24 嵌入式操作系统DeltaOSEK 启动状态 关闭状态 应用任务 IDLE任务 ISR 运行状态 系统状态转换及运行流程 任务状态转换图 25 26 DeltaOSEK的特性 中断响应时间为微秒级 任务切换和任务响应时间为微秒级 操作系统具有良好的可裁剪性 最小配置可以达到10KB以内 支持64级的任务优先级支持最多255个任务每个任务允许的最多事件数为32个不在挂起态的任务最多允许255个允许的资源数仅受ECU内存资源限制允许的Alarm仅受ECU内存资源限制允许的消息对象数仅受ECU内存资源限制应用模式允许最多8个 27 软件集成开发环境 引入Eclipse技术打造的开放的 符合业界标准的嵌入式软件集成开发环境 软件集成开发环境 Eclipse框架 项目系统 构建系统 编辑环境 调试环境 目标机管理工具 系统监控器 控制台环境 配置环境 板级支持包管理 团队开发 仿真环境 固化 在线帮助系统 快速原型建立应用系统 测试环境系统 28 Eclipse框架 Eclipse是一个开放源代码的 可扩展的集成开发环境 基于Java技术 Eclipse开发环境由一个框架和一组服务组成 用户可以通过插件机制建立或扩展开发环境 Eclipse开源社区已经遍布全世界 Eclipse用户因此可以从第三方获得大量增值插件 29 Eclipse框架 主要特点支持用户为开发应用软件而创建各类工具 无限制地支持软件开发商将自己的工具集成到Eclipse框架内 支持工具对任意类型的文件进行操作 比如 HTML Java C JSP EJB XML 提供机制 使不同软件开发商的工具或同一开发商的不同工具进行无缝集成 支持图形界面或命令行两种应用开发环境 支持所有主流操作系统平台 30 Eclipse框架 增强功能Eclipse框架为软件集成开发环境提供了稳定的基框架 但是调试环境在效率上存在问题 科银京成对Eclipse的调试环境做了多方面的增强 从而显著提高了Eclipse平台的性能 主要的增强功能体现在两个方面 交叉开发技术和调试优化技术 31 项目系统 用于组织和管理嵌入式软件开发项目中的主要组件 这些组件包括源文件和目标机系统 项目系统允许开发人员同时管理多个项目 并为用户开发嵌入式软件提供了丰富 实用 规范的项目开发向导 不仅提高了用户开发的速度 更降低了开发的出错率 大幅提高了用户的开发效率 缩短产品上市周期 32 项目系统 支持基于工作空间的项目管理方式 同一工作空间可同时管理多个项目 支持工作空间切换 支持项目的导入 导出 支持资源管理器方式的项目资源管理 支持板级支持包目标板 驱动项目开发向导 支持驱动代码模板和测试框架 支持标准应用项目 静态库项目 用户自定义项目等多种项目类型 支持将当前项目保存为应用框架 支持所有项目资源的自动分类和标识 支持C C 混合项目类型 支持自动创建C 类 支持同一项目下创建多个配置 如 同一应用代码运行多种目标机环境 33 构建系统 用户可以根据需要在构建系统中定义项目所使用的工具 选项和参数 构建系统的新特点包括 基于GNUGCC3 4 4的编译环境 支持多任务的C 异常处理 支持include文件搜索路径的自动生成 支持设置构建依赖项目 构建时自动构建依赖项目 支持并行构建 更有效地利用团队资源 支持单个文件粒度的编译参数设置 支持项目间共享源码的灵活构建方式 34 编辑环境 依靠Eclipse框架强大的集成能力 编辑环境包含了许多增强的特性 有效减少重复性输入 提供更强大的可视化帮助 不仅加快了用户开发速度 缩短了编辑 编译 调试周期 而且还降低了开发难度和出错率 35 编辑环境 支持拷贝 剪切 粘贴 查找 替换等基本源码编辑功能 支持代码自动补全功能 支持代码辅助 为可在指定位置使用的代码符号 宏 函数 方法和变量 提供合理的提示 支持可视化的类的继承树显示 支持大型源文件的显示和编辑 支持完善的中文显示 支持语法色彩及其关键字的自定义 支持代码折叠 支持代码比较 支持代码的本地版本管理 支持基于源码分析的源码大纲和代码导航 支持代码重构 基于源码分析的类名 函数 宏定义 表达式等语法元素的重命名 36 编译环境 编译器采用GNU的最新编译器gcc 3 3 主要包括以下内容 C 编译器g C编译器gcc 连接器ld 汇编器as 库管理器ar 其他二进制工具 37 调试环境 为嵌入式软件的开发人员提供了交叉调试环境 最新版本的调试环境在稳定性 易用性 可靠性和调试性能上均做了很多改进 使用户的调试过程更为舒适 调试环境的特点包括 调试器与集成开发环境无缝结合 提供极快的响应速度 单步调试指令响应时间小于0 3秒 显著提高了应用开发效率 支持任务级调试和系统级调试 任务级面向应用程序调试 系统级面向驱动程序和操作系统调试 支持内存的上载 下载功能 并同时支持内存填充 内存复制 内存比较功能 支持ELF AXF HEX SREC BIN等格式二进制文件的下载和运行 调试 38 调试环境 支持全功能的源码级 汇编级以及混合级调试 支持监视窗口 表达式窗口 寄存器窗口 堆栈层次窗口 内存窗口等调试视图 支持调试时观察所有模式下的寄存器 ARM和PPC 支持变量的排序和查找功能 允许断点具备不同的作用域 包括全局断点 进程级断点 任务级断点 支持调试暂停功能 即程序在没有设置断点的情况下连续运行之后 使应用程序暂停的功能 通过目标机管理工具 可以实现多宿主机对多目标机的同时调试 支持第三方的仿真工具 例如BDI2000 39 目标机管理工具 目标机管理工具包括目标机服务器和目标机代理两部分 完成目标机和宿主机之间的通信 这样用户就只需集中精力关心应用 不再需要考虑通信带来的复杂问题 提高了效率 在多目标机处理 性能和易用性方面做了很多增强工作 它的新特点包括 支持 一键式 启动盘制作过程 提供可视化的启动选项配置环境 为用户提供了方便易用 灵活多样的启动盘制作方式 支持单个物理连接的逻辑复用 支持远程调试 支持多目标机管理 提供可视化的目标机连接参数配置 支持SemihostingI O功能 提供了将目标机的输入 输出请求重定向到宿主机的功能 支持目标机的重启功能 40 控制台环境 为了向高级用户提供更直接的操作环境 提供控制台环境 用户可以直接在控制台中使用更为丰富的GDB和系统监控器的命令 进行高级调试和系统监控操作 41 配置环境 配置环境包括内存配置 内核对象配置和应用组件配置 特别增加了目标板配置 不仅方便了嵌入式软件开发 也使用户的板级支持包开发更为规范和方便 提高了嵌入式软件开发的准确性和效率 配置环境的特点包括 可视化的内存配置 提供了更直观的内存配置信息 可视化操作系统组件配置 按照OIL规范进行定义 可视化的目标板配置 42 操作系统的静态配置原理 操作系统各种对象信息都可以通过OIL配置工具提供 并且操作系统的各个模块根据配置的具体情况来实现对数据结构 代码 算法等的裁剪和选择 43 符合OIL标准的配置编译工具OCC OCC OILConfigurationandCompiler 是为DeltaOSEK提供的图形化源码级全静态配置编译工具 用户根据软 硬件的需求 对DeltaOSEK系统对象及其属性在图形界面进行静态配置 44 符合OIL标准的配置编译工具OCC OCC配置处理的对象类型有 CPU对象操作系统对象任务对象中断对象资源对象事件对象计数对象报警对象消息对象应用模式对象通讯对象 45 基于OSEK规范的应用开发过程 46 板级支持包管理 通过使用板级支持包管理系统 可以容易地开发目标板初始化代码和驱动 提取板级支持包 也可以安装由第三方提供的板级支持包 板级支持包管理系统的主要特点包括 用户开发的目标板初始化代码和设备驱动统一存储 通过开发环境的板级支持包管理系统进行统一管理 支持从开发环境安装目录内选取目标板初始化代码 设备驱动导出成为板级支持包 供其它开发者使用 支持导入第三方提供的板级支持包 从中获取目标板初始化代码和设备驱动 支持开发者为自己开发的目标板初始化代码和设备驱动定义配置项 加入目标板配置 为应用开发过程中使用板级支持包提供最大的方便 自动将导入的板级支持包中的目标板初始化代码或设备驱动添加到项目向导和应用框架中 供用户开发 移植新的板级支持包使用 47 团队开发 版本控制 支持代码提交 检出等基本代码管理操作以及代码同步等高级的代码管理操作 远程目标机管理 开发团队可以通过目标机服务器远程共享开发板资源 可以实现远程应用调试 使开发团队突破了地域和空间的限制 并行构建 通过设置构建服务器建立并行构建环境 开发团队成员可以共享暂时空闲的宿主机环境 提升构建速度 提高团队开发效率 团队构建 对每天提交到代码仓库的代码进行定时的自动构建 自动生成构建报告 自动发送给开发团队中的每个成员 使得开发人员能够及时获得代码编译过程中出现的所有错误和警告信息 从而提高代码质量 48 仿真环境 提供典型嵌入式微处理器的指令模拟器 虚拟机 提供可视化的配置和启动操作 方便开发人员在开发主机上进行算法验证和应用程序并行开发 X86指令模拟器支持以下功能 支持PC386 PC486 PCPENTIUM PCPENTIRUMPRO等多种CPU 支持硬盘 光驱 显示器 鼠标 键盘 软驱 网卡 USB等多种外设和接口的仿真 49 在线帮助系统 以嵌入式软件开发流程为主线 从入门到高级 循序渐进地介绍开发环境的使用 符合开发人员学习 使用 开发的习惯 结合实际案例 注重实际的嵌入式软件开发所需的帮助内容 提供丰富 详实 便于使用的参考手册 提供基于当前上下文的动态帮助 50 快速原型建立应用系统 采用Mathworks公司MATLAB系列产品Simulink Statflow等 用于模拟仿真 建立模型 自动生成的代码与已有的基础开发环境有机结合进行开发 主要功能如下 从Simulink模型到生成优化的 可移植的 可定制的ANSIC代码模型代码与基础开发环境结合实现二次开发对模型代码实现自动编译 链接 下载 51 关于MATLAB Matlab作为建模工具已经凭借其强大的功能 不但在科学计算 仿真领域得到了广大的应用 而且近年来逐渐在嵌入式领域显示了强大的生命力 Matlab对软件产品的开发全过程提供支持 国内的软件开发先行者 希望能借助Matlab的强大功能规范软件的开发流程 提高软件开发效率 以之期望获得最大的利润回报 52 基础开发环境与MATLAB的结合 将Matlab与嵌入式软件基础开发环境进行结合 使模型可以直接生成基于特定嵌入式操作系统的应用代码 并在开发环境下自动编译和构建 生成对应的仿真应用程序和真实应用程序 基础开发环境 Matlab应用工程 Matlab工程模板 3 1 2 4 1 创建Matlab工程模板 2 Matlab应用工程的自动生成 3 使用基础开发环境对Matlab工程进行二次开发 4 将二次开发后的工程在Matlab中进行编辑 编译 链接 下载 在Matlab下引用基础开发环境的模板自动生成相应的应用项目 53 基础开发环境与MATLAB的结合 Matlab工程模板在基础开发环境下创建 然后在Matlab中引用 可以创建多个Matlab的模板 每个模板可以针对不同的一硬件进行定制 如pc386模板 MPC55xx模板 当用户需要在Matlab中基于不同的硬件平台进行开发的时候只要选择不同的模板就可以了 54 测试环境系统 提供自动测试环境与TESTBED等工具相结合 55 面向汽车电子平台的BSP系统 MPC555MPC5554 56 MPC555 最大支持40MHz28KbyteRAM448KbyteFLASH2个TPU模块2个QADC模块2个CAN模块2个SCI模块SPIPWM和timersLCD接口控制Keybad接口控制 60pinBUS PORT 32数据线 24地址线34pinCONTROL PORT连接总线控制14pinQSM PORT串行口I O34pinMIOS PORT PWM和并行I O34pinTPU PORT 时间模块I O34pinQADC PORT 模拟I O10pinINT PORT 中断I O支持BDM调试接口 57 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 16个中断优先级 通过IMB3可以复用到32级中断 该接口为DeltaOSEK提供驱动接口 BSP InitializeIntCtrBSP InterruptEnableBSP InterruptDisable 58 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 PIT定时器为DeltaOSEK提供计数Watchdog驱动驱动接口 BSP InitializeSystemTimerBSP ClearSystemTimerIntStatus 59 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 SCI InitSet SCI baud rateGet SCI baud rateSet SCI control regGet SCI control regGet SCI status regSet SCI data regGet SCI data regEnable transmitEnable receiveSet TX stateGet RX stateBSP InitializeDisplayBSP PutChar 60 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 Set CAN InitEnable CAN InterruptDisable CAN InterruptGet CAN packet2Put CAN packet2Get CAN tx StatusGet CAN Op StatusRead IflagGet CAN rx StatusRelease BufferSet Receive ID 61 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 QADC A和QADC B每个模块可复用64个通道驱动接口 Analog Inputs InitGet input a2d 62 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 个PWM模块 若不用PWM可以作为I O端口驱动接口 Put output pwmGet PWM statusClear PWM statusSet mode IOGet input IO 63 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 16个离散I O接口 也可以与其它复用驱动接口 Discrete InOut InitGet input discretePut output discreteGet discrete statusClear discrete status 64 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 通常SPI来控制EEPROM驱动接口 SPI InitSPI EnableSPI Disable 65 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 448Kbyte内部FLASH 和AM29BL802CB外部Flash驱动驱动接口 Flash initFlash writeFlash erase 66 MPC555的BSP内容 InterruptTimerSCITouCANQADCPWMMPIOSSPIFLASHTPU3 该驱动还未实现 应该重点掌据该设备 汽车应用中的通常都会用到 也是一个难点 67 MPC5554 最大132MHz的32位PowerPCBookE e200z6核 2MFlash32KBCache64KBRAMMMU 32入口TLB可扩展 DSP SIMD 浮点2个增强TPU 带64个I O通道和19KB的SRAM 64通道的eDMA控制器286个可选择中断优先级中断源3个CAN2 40通道的ADC24通道的eMIOS4DSPI2eSCI 68 MPC5554的BSP内容 CACHEMMUInterrupt 总共308个 其中278是外设中断源 8个软件中断源 22个保留 每个中断源都可以设置0 16个优先级Timer CPU核提供了 FIT Watchdog DEC 我们采用了FIT作为系统定时器eSCI 2个SCI模块 增加了LINBus2 0标准的支持FlexCAN2 3个CAN2 0B模块 每一个有64BuffereQADCPWM 个PWM模块 若不用PWM可以作为I O端口eMIOS 24通道多路I O标准接口DSPI 4组分离串行外设接口模块 每一个模块16bit位宽6个片选FLASHeDMAeTPU 69 可信的过程和产品 源代码编程规范 内部定义规范 MISRA规范相关质量保证活动 内部代码检视用TESTBED对代码质量做静态检查检查与MISRA的符合性 函数调用图 度量报告 Kiviat图 70 可信的过程和产品 DeltaOSEK的内部测试 功能测试性能测试覆盖率测试压力测试可扩展性测试指标测试可靠性测试BSP系统的测试 标准测试用例198个 扩展测试用例46个 262个测试用例 达到100 的语句覆盖 71 可信的过程和产品 研发管理过程及规范 辅助过程 子过程 IPD主流程 项目管理过程需求管理过程设计管理过程文档代码编写过程评审过程测试管理过程配置管理过程变更管理流程 代